谁会从经验中学习?神经系统、条件反射与类抑郁状态

经验学习的核心,是把过去的刺激或结果留在体内,变成一种内部状态,进而改变下一次的反应。神经系统是让这个过程变得更快、更有选择性、更复杂的强大工具,但对最简单的习惯化(对无害的重复刺激逐渐不再反应)来说并非必需。黏菌没有神经细胞,却已被证实:面对反复出现的无害驱避刺激,它的反应会逐渐减弱,休息一段时间后又会恢复。[R5]

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SEO标题: 没有神经系统也能从经验中学习吗?按学习能力给生命分层
元描述: 从“经验学习”的角度梳理动物、水母类、黏菌、植物和细菌,并延伸到人类的条件反射、恐惧学习,以及抑郁时身体变得迟缓的现象。

1. 摘要

经验学习的核心,是把过去的刺激或结果留在体内,变成一种内部状态,进而改变下一次的反应。神经系统是让这个过程变得更快、更有选择性、更复杂的强大工具,但对最简单的习惯化(对无害的重复刺激逐渐不再反应)来说并非必需。黏菌没有神经细胞,却已被证实:面对反复出现的无害驱避刺激,它的反应会逐渐减弱,休息一段时间后又会恢复。[1]

2. 问题:到底什么才叫“学习”

对刺激的反应变弱,不一定就是学习。感觉器官麻木、肌肉疲劳或受伤,同样会让反应下降。要证明是习惯化,需要确认停止刺激后反应会恢复,并且对新的刺激仍然会有反应。

广义的经验学习包括习惯化、敏感化(反而变得更敏感)、经典条件反射、操作性条件反射(通过奖励和惩罚来学习)、空间学习和社会学习等。学习越复杂,就越依赖把感觉输入、记忆保持、价值评估和行为选择串在一起的神经回路。

3. 依据:按学习能力给生命分层

生物类群 神经系统 对经验性变化的评价
哺乳类、鸟类、鱼类等 有中枢神经系统 条件反射、空间与社会学习、解决问题的能力都很明确
昆虫、蜘蛛、甲壳类、软体动物、线虫 有神经系统 即使神经系统很小,也能进行联想学习和行为更新
水母、海葵等 没有集中的大脑,但有神经网 除习惯化外,部分物种已被证实能进行联想学习 [2]
海绵、扁盘动物等 没有典型的神经元 有行为调节,但严格意义上的学习证据有限
黏菌 没有神经系统 针对特定刺激的习惯化得到较有力的支持 [1]
植物、真菌、细菌 没有神经系统 有依赖历史的反应和“引发”(预先处理后反应更快),但能否称为“学习”仍有争议
病毒 没有自主的感觉与行为系统 通常不作为会学习的个体来看待

这张表的界线并不绝对。把“记忆”“适应”“学习”划在哪里,评价就会随之不同。

4. 机制:人类的学习也是动物式的吗

底子显然是动物式的。狗只要听到吃饭前反复听过的那句话就会流口水,这就是食物和声音联系在一起的经典条件反射。人看完恐怖片后,有一阵子会对镜子或身后格外警觉,这也可以看作一种经验学习:是画面里看到的威胁、恐惧向相似情境的扩散,再加上想象中的预测共同作用的结果。[3]

人类的特别之处在于,不必亲身经历,也能从别人的反应、语言、视频、规则和对未来的模拟中学到东西。在动物式的联想学习之上,还叠加了用语言压缩信息、靠文化共享经验的能力。

5. 常见误解

  • 没有神经系统就完全学不会:至少类似习惯化、依赖历史的变化,在没有神经的生物身上也存在。
  • 只要反应变了就是学习:需要和疲劳、中毒、损伤、发育以及进化适应区分开来。
  • 人的理性可以压过动物式的学习:就算脑子里明白是安全的,条件反射形成的自主反应也可能先一步冒出来。
  • 动物活动减少就等于人类的抑郁症:我们能观察到的只是“类抑郁行为”,内疚、绝望这类主观感受是无法确认的。

6. 实践:该如何理解抑郁时身体动不起来

人类的抑郁症有时会出现精神运动迟滞,也就是思考、说话和启动自主动作都变慢。前额叶皮质、基底节、运动系统和奖赏系统等多个网络都牵涉其中,所以绝不只是意志力薄弱。[4]

啮齿类动物在经历慢性应激或社会挫败之后,也会出现探索减少、回避社交、对奖赏反应变弱、活动量下降。不过在研究中,这并不被当作“抑郁症本身”,而是模拟了部分症状的类抑郁状态。[5]

从进化的角度看,面对躲不开的危险或体力耗尽时,压低活动水平的调节机制,短期内可能有用。但是,人类的抑郁症没法简单地用“生存模式”来解释。它是遗传、压力、睡眠、炎症、躯体疾病和社会环境等相互作用的多因素疾病。

7. 结论

经验学习的最小形态,是保存过去的痕迹并改变下一次反应的灵活信息处理。神经系统是专门负责这件事的装置,人类高级的推理也建立在动物式的学习回路之上。同时,我们不能仅凭行为看起来相似,就推断对方有同样的主观体验或同样的疾病。


参考资料(5条)

  1. Boisseau RP, Vogel D, Dussutour A. “Habituation in non-neural organisms: evidence from slime moulds.” Proceedings of the Royal Society B (2016). PMCID: PMC4855389 pmc.ncbi.nlm.nih.gov
  2. Botton-Amiot G, et al. “Associative learning in the cnidarian Nematostella vectensis.” PNAS (2023). PMCID: PMC10068830 pmc.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Debiec J, Olsson A. “Social Fear Learning: From Animal Models to Human Function.” Trends in Cognitive Sciences (2017). PMCID: PMC5507357 pmc.ncbi.nlm.nih.gov
  4. Bennabi D, et al. “Psychomotor Retardation in Depression: A Systematic Review of Diagnostic, Pathophysiologic, and Therapeutic Implications.” BioMed Research International (2013). PMCID: PMC3830759 pmc.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Song J, et al. “Animal models for the study of depressive disorder.” CNS Neuroscience & Therapeutics 27(6):633–642 (2021). DOI: 10.1111/cns.13622. PMCID: PMC8111503 pmc.ncbi.nlm.nih.gov

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